多管回流式中深层地热能单井取热不取水供热系统技术方案

本发明专利技术涉及一种多管回流式中深层地热能单井取热不取水供热系统，在地热井内安装有井下换热器，该井下换热器上部连接供热供回水管，下部连接地热循环水管，地热循环水管插装至地下取水层，在所述地热循环水管的内部设置有泵室，在所述地热循环水管的下部取水层上部四周同轴围绕设置有若干个单元管束组成的回流管组，所述的回流管组通过固定挡水板安装在所述的地热循环水管上。本发明专利技术创新回流管组及挡水密封板、内置泵室、井下换热器结构，在取热过程中，完全没有地热水流出井口，实现了真正意义上的“取热不取水”，在高效实现换热取热的同时大幅度减少潜水泵的功耗，节约电能和运行成本。成本。成本。

【技术实现步骤摘要】
多管回流式中深层地热能单井取热不取水供热系统


[0001]本专利技术属于能源工程领域，涉及地热能单井换热取热技术，尤其是一种多管回流式中深层地热能单井取热不取水供热系统。

技术介绍

[0002]地热能作为一种可再生的清洁能源，已成为传统化石能源的重要替代方式，而中深层地热能因其存储容量大、分布范围广、稳定性强等优点得到了重点的开发和利用。传统采灌结合的开发模式存在地热水回灌不完全的问题，造成地热井水位下降、供热不足、资源环境污染等一系列问题，存在巨大的生态环境隐患。
[0003]为促进地热资源科学合理开发利用，进一步规范抽采地热水管理，现有技术中要求地热井地热尾水同层回灌量不低于95％，如果不能达标即需要关停地热井，地热井的关停将带来巨大的资源浪费。
[0004]针对上述技术问题，一种“取热不取水”的地热能开发模式应运而生，但传统闭式套管换热系统以热传导为主要的换热模式，只是利用井壁进行换热，换热面积小，换热效率低，无法满足供热需求；而开式套管换热系统虽增加了热对流的换热方式，但换热时间、换热区域相对较少，换热效果提升并不显著。与此同时出现的一种中深层无干扰地热开发模式是在地热井内设置套管式换热器，通过外管将介质水引入地热井并与周围的岩土等进行换热，再通过内管输送至地面进行取热，随后再由外管进入地热井。此种方式不干扰地下水，通过介质水进行取热，但间接的换热方式导致换热量较低，无法满足集中供热需求，并且该方式初投资和运行费用成本较高，不具备经济性。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于克服现有技术的不足之处，提出了一种高效“取热不取水”的多管回流式中深层地热能单井取热不取水供热系统，在地热井地热尾水完全回流的前提下，解决现有“取热不取水”的单井中存在的换热效果差、单井取热量低的技术问题，进一步提高中深层地热能资源的利用效率，本专利技术的多管回流式中深层地热能单井系统能够实现地热井地热尾水的100％回流，取热量高，经济性好。
[0006]本专利技术解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：
[0007]一种多管回流式中深层地热能单井取热不取水供热系统，包括中深层地热井，该地热井依次穿过地下盖层、取水层至深部中高温地热储层，在所述的地热井内安装有井下换热器，该井下换热器向上通过供热供回水管连接地面供热设备，井下换热器下部连接地热循环水管，地热循环水管内设置泵室，地热循环水管插装至地热井取水层上部，在所述地热循环水管下部取水层上部周围同轴设置有若干个单元管束组成的回流管组，所述的挡水密封板设置有三个，包括上部挡水密封板、中部挡水密封板及下部挡水密封板，所述的上部挡水密封板将回流管组的上部固定在地热井壁和地热循环水管外壁之间，阻断延井筒向下的水流，回流管组入口突出于上部挡水密封板之上；中部和下部挡水密封板分别设置在回
流管组中部，阻断延井筒向上的水流，回流管组出口也突出于下部挡水密封板之下。
[0008]上部挡水密封板、中部挡水密封板及下部挡水密封板的设计不仅可以固定地热循环水管和回流管组，还能起到阻挡取水层中的水进入地热水回流通道的作用，使得在取水层中换热后的热水全部进入地热循环水管，中部挡水密封板和下部挡水密封板一方面可以固定地热循环水管，一方面可以防止回流管组流出的低温地热水直接进入地热循环水管中，使其全部进入到取水层中进行充分换热，以提高采热量和换热效率。
[0009]供热供暖用户端放热后的低温供热回水进入地热井，在地热井内的井下换热器内与经过地热循环水管向上流入井下换热器的高温地热水进行热交换，实现“取热不取水”的井下热交换。
[0010]进一步，所述的井下换热器包括热交换室、供热循环水换向室及地热水室，所述的热交换室上部连接供热供回水管，下部连接供热循环水换向室，所述的供热供回水管被隔板分隔成供热循环水供水口和供热循环水回水口，在热交换室内设置有进水热交换管组和出水热交换管组，供热循环水进水口连接进水热交换管组入口，进水热交换管组出口连接供热循环水换向室进口，供热循环水换向室出口连接出水热交换管组的入口，出水热交换管组的出口连接供热循环水出水口。
[0011]进一步，所述的地热水室套装在供热循环水换向室外，上部与热交换室相连接，下部连接地热循环水管，在所述的热交换室的下部与供热循环水换向室的连接处设置有地热水入口，在热交换室上部两侧开设有地热水出水口。
[0012]与供热循环水在井下换热器内完成热交换后的低温地热水经由地热水室上部两侧的地热水出水口流出通过回流管组，流入地下取水层内实现新一次的热交换，吸热后的地热水通过回流管组单元管束的间隙向上再次进入地热循环水管，进而进入井下换热器与低温供热循环水再次进行热交换，实现循环的地热水利用。
[0013]进一步地，所述的泵室设置在地热循环水管上，泵室内将所述的地热循环水管分隔成上部管和下部管，上部管和下部管通过法兰盘连接，在下部管内同轴套装有潜水泵，潜水泵的泵管设置在下部管内，该泵管的上部与地热循环水管的上部联通，在所述法兰盘上设置有联通管，该联通管下部插装在下部管和潜水泵的泵管之间，该联通管上部向上通往地面，在所述法兰盘上，所述联通管的一侧设置有电缆密封接口。
[0014]通过回流管束进入地热循环水管中的高温地热水，在泵室中潜水泵的作用下，穿过连接法兰盘进入到上部的地热循环水管中，之后再进入井下换热器中进行换热过程。设置泵室以后，可减少潜水泵上部的泵管，将原有的泵管和地热循环水管合为一体，同时在法兰口设置联通管，可以防止泵管和地热循环水管之间形成局部真空。
[0015]本专利技术的优点和积极效果是：
[0016]1、本系统在取水层附近通过地热循环水管和其周围设置的回流管组将回流地热水引入井底，使得回流地热水既能充分吸收上部挡水密封板上方井筒周围盖层的热量，又能在回流压力的作用下流入取水层中进行换热，并且受重力和地层压力的影响，回流地热水的流速降低并且在取水层内的换热面积增大，使得换热效果得到较大提升。
[0017]2、本系统共加装三层固定挡水板，对中深层地热层中的管道起到很好的固定作用，延长地热井的使用时间，同时可以阻挡未经完全换热的回流地热水进入地热循环水管内部，使之完全进入取水层中进行换热，提高系统的采热量和换热效率。
[0018]3、本系统为了实现“取热不取水”并充分完成换热的功能，创新设计井下换热器的结构，供暖循环水在井下换热器中既能在进水热交换管组中吸收地热水中的，又能在出水热交换管组中实现二次吸热，使得地热中的热量利用更加完全；同时，循环水和高温地热水在井下换热器内完成热量的传递，实现了真正意义上的“取热不取水”过程，换热后的地热水直接从井下换热器中回流至地热井中，地热水不出井口，符合目前地热采暖的环保要求。
[0019]4、本系统增加的潜水泵的泵室，减少潜水泵上部的泵管长度，将原有的泵管和地热循环水管合为一体，进而降低了系统的建设成本，同时在法兰口设置联通管，可以防止泵管和地热循环水管之间形成局部真空。
[0020]5、本系统新增的井下换热本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多管回流式中深层地热能单井取热不取水供热系统，包括中深层地热井，该中深层地热井依次穿过地下盖层、取水层至深层高温热储层，其特征在于：在地热井内安装有井下换热器，该井下换热器上部连接供热供回水管，下部连接地热循环水管，地热循环水管插装至地下取水层，在所述地热循环水管的内部设置有泵室，在所述地热循环水管的下部取水层上部四周同轴围绕设置有若干个单元管束组成的回流管组，所述的回流管组通过固定挡水板安装在所述的地热循环水管上。2.根据权利要求1所述的一种多管回流式中深层地热能单井取热不取水供热系统，其特征在于：所述的井下换热器包括热交换室、供热循环水换向室及地热水室，所述的热交换室上部连接供热供回水管，下部连接供热循环水换向室，所述的供热供回水管被隔板分隔成供热循环水进水口和供热循环水出水口，在热交换室内设置有进水热交换管组和出水热交换管组，供热循环水进水口连接进水热交换管组入口，进水热交换管组出口连接供热循环水换向室进口，供热循环水换向室出口连接出水热交换管组的入口，出水热交换管组的出口连接供热循环水出水口，所述的地热水室套装在供热循环水换向室外，上部与热交换室相连接，下部连接地热循环水管。3.根据权利要求2所述的一种多管回流式中深层地热能单井取热不取水供热系统，其特征在于：在所述的热交换室的下部与供热...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘东喜，张伟，田军，胡茂芹，孙田依，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：